在地球上生命進化的一大突破是具有放氧光合作用生物的產(chǎn)生，它能利用太陽能裂解水，放出氧氣，將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)樯锟衫玫幕瘜W能。光驅(qū)動的水裂解反應是放氧光合生物利用太陽能進行光合作用鏈式反應的第一步，發(fā)生于高等植物、藻類和放氧藍藻等光合生物類囊體膜上的光系統(tǒng)II中。迄今為止，自然界只有光系統(tǒng)II可以在常溫常壓下利用可見光的推動，使在熱力學上非常穩(wěn)定的水在較低的電化學勢下裂解。光驅(qū)動的水氧化作為自然界最重要的生物化學過程之一，長期以來一直是光合作用研究領(lǐng)域中最重要的熱點，同時也是生物學、化學、物理學等學科交叉領(lǐng)域中的前瞻性課題。
中國科學院植物研究所研究員沈建仁多年來長期致力于光系統(tǒng)II結(jié)構(gòu)和功能的研究，其帶領(lǐng)的研究組于2011年在世界上首次解析出了光系統(tǒng)II膜蛋白復合體的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，從原子水平上首次清晰地揭示了光系統(tǒng)II的核心-放氧復合物的組成和幾何結(jié)構(gòu)。這一創(chuàng)造性成果不僅對進一步理解光系統(tǒng)II的結(jié)構(gòu)和功能提供了重要依據(jù)，而且對闡明光合水氧化機理都具有重要的里程碑意義。從此，人們對光合放氧復合物的結(jié)構(gòu)有了更為直接、清晰的認識，標志著對光合水氧化機理的研究邁入一個嶄新的階段。這一成果也因此被Science 雜志評為2011年世界十大科技進展之一。
最近，沈建仁受邀在植物學學術(shù)期刊Annual Review of Plant Biology 撰寫了題為《光系統(tǒng)II結(jié)構(gòu)及光合作用水氧化機理》(The Structure of Photosystem II and the Mechanism of Water Oxidation in Photosynthesis) 綜述文章(doi:10.1146/annurev-arplant-050312-120129)。該文章綜述了該領(lǐng)域近年來的主要進展，對光系統(tǒng)II及其核心-放氧中心的結(jié)構(gòu)進行了全面分析。在此基礎上，該文章結(jié)合光譜學研究結(jié)果，對光合水氧化的機理進行了深入探討，提出了獨到見解，不僅在光合作用的基礎理論研究中具有重要的科學意義，而且對提高作物及能源植物的光能利用效率具有重要的實踐意義，特別是將為今后模擬光合作用利用太陽能裂解水制氫，開辟太陽能利用的新途徑、新技術(shù)，開發(fā)清潔能源等提供重要的理論依據(jù)。
